1. Wahado Foucaulta na wiecie i
w Politechnice Gdaskiej
Bogusaw Kusz
Wydzia Fizyki Technicznej
i Matematyki Stosowanej
Politechnika Gdaska
2. Historia
Jean Bernard L辿on Foucault planowa zosta
lekarzem, lecz ... mdla na widok krwi. Zaj
si materi nieo甜ywion osigajc znaczce
sukcesy w astronomii, chemii oraz fizyce
elektrycznoci i magnetyzmu. Najbardziej znany jest jako
tw坦rca dowiadczenia, kt坦re potwierdzao fakt, 甜e Ziemia
obraca si wok坦 osi. W swojej piwnicy Foucault zawiesi
odwa甜nik (5kg) na dwumetrowym drucie i zauwa甜y, 甜e
paszczyzna drga takiego wahada systematycznie si obraca.
Dowiadczenie powt坦rzy 1851 publicznie wieszajc 67
metrowe wahado w Pantheonie w Pary甜u. Widzowie mogli
zobaczy, 甜e to obr坦t Ziemi pod wahadem powoduje cig
zmian paszczyzny drga wahada. Foucault zachca ludzi do
uczestniczenia w dowiadczeniu sowami:
przybd添cie i zobaczcie jak krci si Ziemia
3. Wahado Foucaulta
Gdyby wahado Foucaulta byo umieszczone na biegunie, paszczyzna jego waha
dokonywaaby penego obrotu w cigu ok. 24h ( 23h 56m) tj. w czasie, jaki Ziemia
potrzebuje na dokonanie penego obrotu wok坦 wasnej osi. Czas T penego obrotu
paszczyzny waha wahada na szerokoci geograficznej q mo甜na obliczy wedug
wzoru: T = 24h/ sin q (dla Gdaska T jest r坦wne okoo 30 godzin)
Std wynika, 甜e umieszczenie wahada nie na biegunie, ale gdzie w porednich
szerokociach geograficznych spowoduje wydu甜enie czasu potrzebnego do
penego obrotu paszczyzny waha wahada. Na r坦wniku nie zaobserwujemy
obrotu paszczyzny waha wzgldem Ziemi.
4. Problemy zwizane z ruchem wahada:
1. Op坦r powietrza i tarcie wewntrzne zawieszenia
powoduje cig strat energii i w konsekwencji
zatrzymanie wahada. Przedu甜y 甜ycie wahada,
mo甜na zwikszajc mas i dugo wahada. Innym
sposobem utrzymania drga jest dostarczanie
utraconej energii np.dziaajc dodatkow si
wspomagajc si ci甜koci.
2. Przy dugotrwaej pracy wahada ka甜dy
brak symetrii w ukadzie zawieszenia, a
nawet ruch powietrza mog prowadzi do
zaburzenia ruchu. Wahado zaczyna
porusza si ruchem eliptycznym co w
konsekwencji mo甜e przyspieszy lub
op坦添ni oczekiwan zmian kierunku
drga.
10. Wahada w Polsce
Drut napinajcy sferoid
krakowskiego wahada ma 46,5
metra dugoci, a masa sferoidy
wynosi 25 kg. Pierwsze
krakowskie pokazy Wahada
Foucaulta odbyy si w 1949
roku, niemal 100 lat po
pierwszym publicznym pokazie,
jaki odby si w paryskim
Panteonie. Miejsce - Koci坦
Mariacki
www.stronamiasta.com
11. Frombork - Wie甜a Radziejowskiego
Dugo linki stalowej wahada wynosi
28 m, a kula wa甜y 46,5 kg.
(wahado bez pobudzenia)
Instytut Fizyki UMK
16 m 29kg
(wahado pobudzane)
12. W roku 1837 Poisson opublikowa rozpraw, w kt坦rej dowodzi, 甜e pociski wystrzeliwane
horyzontalnie na p坦kuli p坦nocnej powinny si odchyla na wsch坦d wskutek obrotu
Ziemi. Zauwa甜y tak甜e, 甜e obr坦t Ziemi powinien mie wpyw na ruch wahade, jednak,
jego zdaniem, efekt jest zbyt may by mo甜na go zaobserwowa. Przemylenia Poissona
oparte byy na wczeniejszych (z r. 1831) rachunkach jego studenta Coriolisa, kt坦ry w
swojej rozprawie doktorskiej zajmowa si przyspieszeniami w rotujcych ukadach
wsp坦rzdnych. Foucault zna prac Poissona i podziela jego pogldy co do maoci efektu
odchylenia paszczyzny waha wahada, lecz po serii dowiadcze zrozumia, 甜e wahado
ma wasno kumulowania maych odchyle w du甜e odchylenie po wielu oscylacjach.
Pierwsze eksperymenty wykona w swojej piwnicy z wahadem o dugoci 2 m i ci甜arze 5
kg. Pokaz publiczny, g坦wnie dla koleg坦w naukowc坦w, odby si w Obserwatorium
Paryskim 3 lutego 1851 r. z wahadem o dugoci 11 m. Foucault przywita goci sowami,
kt坦re znajduj si na zewntrz paryskiego Pantheonu - "wityni" najznamienitszych
umys坦w Francji - "Vous 棚tes invit辿s venir voir tourner la Terre ...", co oznacza:
"Przybd添cie i zobaczcie jak krci si Ziemia...". Pokaz wywoa ogromne wra甜enie i
ksi甜 Louis Napoleon Bonaparte, przyszy Napoleon III, poprosi Foucaulta o
zademonstrowanie eksperymentu szerokiej publicznoci. Miao to miejsce 26 marca 1851 r.
pod kopu Pantheonu przy pomocy wahada o dugoci 67 m z podwieszon kul armatni
o ci甜arze 28 kg. Pokaz by sensacj dla uczestnik坦w wystawy wiatowej w Pary甜u i
wywoa p坦添niej ogromn liczb podobnych eksperyment坦w na caym wiecie.
13. WYBRANE DU纏E WAHADA
Wahada Foucaulta zostay umieszczone w licznych, wa甜nych dla
kultury, nauki czy polityki miejscach na caym wiecie.
Wyb坦r najciekawszych instalacji zawiera poni甜sza tabela.
Dugoci L podane s w zaokrgleniu do penych metr坦w, za masy M - do penych kilogram坦w.
Miejsce L[m] M[kg]
Pantheon, Pary甜 67 28
Oregon Convention Center in Portland 27 408
Museum of Science and Industry, Chicago 20 300
National Museum of American History, Washington, DC 21 105
Wie甜a Radziejowskiego, Frombork 28 47
ONZ, Nowy Jork 23 91
Instytut Fizyki, Toru 16 29
Politechnika Gdaska 26 64
Informacje -http://www.phys.uni.torun.pl/phys/WAHADLO/wahadlo-w.html
15. Ciekawe strony w sieci
www.calacademy.org/products/pendulum
www.phys-astro.sonoma.edu/people/ students/baker/SouthPoleFoucault.html
www.physics.uoguelph.ca/foucault/foucault1.html
www.abc.net.au/surf/pendulum/default.htm
www.phys.uni.torun.pl/phys/WAHADLO/wahadlo-w.html
stalker.republika.pl/foucault_teksty.htm
plus.maths.org/issue9/xfile
www.frombork.art.pl/Ang23.htm
fi.edu/time/Journey/Pendulum/tfi_pendulum.html